论文摘要
金刚石是自然界最硬的材料，同时具有很高的强度和耐磨性，因而被制成磨削工具，用于加工其它难加工的材料，如硬质合金、金刚石复合片、陶瓷材料等。由于金刚石高温下稳定性差，容易被氧化，使金刚石晶体受到破坏，导致磨具的磨削性能大幅度降低，因此，研制新型金刚石磨具就成为磨削应用领域的一个研究重点。目前，金刚石磨具常用的结合剂种类有树脂、金属和陶瓷等。其中，陶瓷结合剂金刚石磨具具有其他种类磨具无可比拟的优点，如加工效率高、形状保持性好、刚性好、加工成本低等，具有非常好的应用前景。金刚石磨具要求陶瓷结合剂低熔点、高强度和低热膨胀系数等，以满足磨具的低温烧成，节约能源，及在低温烧结下具有一定的强度。金刚石磨具的成型工艺在超硬材料制品行业中一直是个薄弱环节，不被人们所重视。冷等静压成型工艺制备的坯体密度高而均匀，可以解决传统成型工艺过程中形成的组织不均匀和裂纹等结构缺陷问题，为进一步加工提供了不可估量的保证作用。因此，寻求低熔融温度、高强度、低热膨胀系数的陶瓷结合剂和探索冷等静压成型工艺对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响是本论文研究的目的。论文以Al2O3-B2O3-SiO2系中加入三元碱为基础陶瓷结合剂（编号1#），在基础陶瓷结合剂中，再添加碱土金属氧化物MgO、ZnO和氟化物CaF2（编号2#），及在2#陶瓷结合剂中，再添加稀土氧化物CeO2（编号3#），研究添加剂对金刚石磨具用陶瓷结合剂性能和结构的影响。采用上述某种陶瓷结合剂，研究了冷等静压成型工艺、配方和烧结工艺对陶瓷结合剂金刚石磨具性能的影响，综合分析后，优选出性能较好的陶瓷结合剂金刚石磨具配方和烧结工艺，在单向冷压、双向冷压和冷等静压三种不同成型工艺下制备成规格为D45W5砂轮，进行模拟磨削试验，系统地分析了成型工艺因素对砂轮磨削性能的影响。研究结果表明：（1）增大陶瓷结合剂的碱土金属用量，可以明显提高陶瓷结合剂的力学性能，显著降低陶瓷结合剂的熔融温度，且陶瓷结合剂的热膨胀系数从6.61×10-6/℃降到5.37×10-6/℃。引入碱土金属化合物MgO、ZnO、CaF2和稀土氧化物CeO2的陶瓷结合剂高温润湿性良好，可与金刚石磨料很好地结合，提高了结合剂对金刚石的把持力，且金刚石磨具采用该陶瓷结合剂，其抗折强度和洛氏硬度明显高于分别使用R2O-Al2O3-B2O3-SiO2和引入碱土金属化合物这两种结合剂所制备的金刚石磨具。（2）冷等静压成型压力在100260MPa范围内，当冷等静压成型压力为220MPa时，试样的体积密度达到2.34g/cm3且趋于恒定，较单向冷压和双向冷压的试样分别提高了16.4%和15.8%；随着成型压力的增加，冷等静压烧结前试样体积收缩率增大，烧结后试样收缩率约在0.18%上下波动，而烧结后试样的抗折强度呈先增加后降低，当压力为180MPa时，试样抗折强度达到93.48MPa，较单向冷压和双向冷压的试样分别提高了60.7%和42.5%。（3）陶瓷结合剂含量从23%增加到35%区间中，烧结后冷等静压试样抗折强度逐渐增加，磨削比随之提高，但当陶瓷结合剂含量为35%时，烧结过程中，试样发泡，抗折强度有所降低；金刚石浓度在40%60%之间时，烧结后冷等静压试样抗折强度呈缓慢增大趋势，但变化幅度很小，磨削比呈先增大后趋于稳定；金刚石粒度在140/170270/325之间，烧结后冷等静压试样抗折强度先增加后减少，磨削比呈下降趋势。（4）经等静压处理的砂轮磨削不同工件时，其砂轮磨削比和磨削效率高，工件表面粗糙度低，且工件表面划痕分布均匀而浅。
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标签：金刚石磨削工具论文; 陶瓷结合剂论文; 冷等静压成型工艺论文; 磨削性能论文;